小容积流量下汽轮机末级流场涡流特性研究

随着火电机组灵活性深入,汽轮机组深度调峰成为研究重点。汽轮机组深度调峰将使末级叶片长时间工作在小容积流量工况下,对末级叶片的运行安全有重要的影响。应用计算流体动力学软件CFX计算末级流场,应用速度三角形理论算法进行验证,分析了小容积流量工况下汽轮机末级流场的涡流特性。结果表明:20%设计工况下(0.20DCF),末级达到鼓风工况。鼓风工况下,末级通道存在由分离涡、回流涡、动静间隙涡组成的涡系。分离涡位于动叶压力面,回流涡位于动叶吸力面尾缘根部,动静间隙涡位于动叶和静叶顶部间隙处。随流量减小,涡流区域均增大。小容积流量工况下动叶出口和静叶出口先后产生逆压区,逆压区是回流涡和动静间隙涡形成的根本原因。负冲角是分离涡形成的根本原因,而在叶片顶部,由于大的扭转角,流动分离减弱。     

低压缸小容积流量工况的计算分析和改造措施

对某350 MW超临界机组汽轮机低压缸小容积流量工况的热力参数、流场、末级动叶强度和末级动叶动应力等进行了计算,分析了汽轮机低压缸在小容积流量工况级间热力参数和排汽参数的变化情况,得到了小容积流量工况下低压缸末级动叶的强度和动应力变化规律。对低压缸小容积流量工况的运行风险进行了分析,并提出了相应的改造措施。结果表明:随着低压缸进汽质量流量的不断减少,低压缸末级长叶片区域开始出现涡流和倒流现象,低压缸鼓风发热不断加剧,叶片温度升高,许用应力下降,动应力增大;可以采用增加温度测点和排汽区域喷水减温等手段来保证低压缸的运行安全。     

汽轮机末级动叶片出口边水蚀特性及疲劳裂纹扩展的研究

空冷汽轮机组、调峰汽轮机组及热电联产汽轮机低压缸在小容积流量工况下运行时，末级动叶片根部分离流区的回流会将排汽缸湿蒸汽中的水滴带回叶栅通道，使动叶片吸力面出口区侵蚀并引发疲劳裂纹。为了确定机组负荷工况对叶片水蚀特性及叶片安全性的影响，首先利用流线曲率法发展出一种计算回流气动特性及水滴撞击叶片速度的方法。并用以分析了一台200MW汽轮机末级动叶根部出口边水蚀的特性，分析结果与实际情况较一致。此后，采用断裂力学理论研究了出口边水蚀缺口处的裂纹萌生期与扩展的增长率，计算结果与实际裂纹发展情况较为符合。所发展的方法为研究预防叶片出口边水蚀方法和合理制定机组检修周期提供了有用手段。     

小容积流量下汽轮机末级流场涡流结构特性分析

采用计算流体动力学软件CFX对汽轮机在小容积流量下的末级流场进行了数值模拟计算,分析了动叶不同截面流线特征,得到根部回流和动静顶部涡流的结构特征。结果表明:汽轮机末级在30%设计工况下动叶根部出现回流,动叶压力面出现附面层分离流。20%设计工况下末级达到鼓风工况,动静顶部出现涡流。且每种涡流的发展方向并不相同。为分析小容积流量下末级的安全性奠定了基础。     

大型汽轮机组末级动叶出汽边水蚀的研究与分析

大型机组的末级动叶除了进汽边有严重的水蚀外,出汽边也有不同程度的水蚀现象。这种现象在参加调峰的大型机组和热电联产的凝汽式机组的末级叶片上表现得更为突出。根据对电厂的调查情况,分析了大型机组末级动叶出汽边水蚀的原因,探讨了末级动叶出汽边水蚀与运行工况及级的几何参数的关系,最后提出了一些预防和减少大型机组末级动叶出汽边水蚀的措施。     

平衡态计算模型分析低压末级叶片

大容量冷凝机组的低压末级叶片的长度代表了汽轮机制造商的设计制造水平和能力,同时效率高、安全性能好、长度更大的叶片符合国家节能降耗的产业发展目标.本文采用平衡态计算模型对汽轮机低压末级叶片蒸汽流动状态进行数值模拟分析,根据不同叶高处极限流、载荷、熵的分布情况分析,表明在末级动叶根部存在去湿和涡流问题、末级静叶顶部存在涡流和摩擦损失.因此在今后的末级叶片优化时必须重点加以改进.     

基于流型判别准则的排汽焓的准确在线监测方法

随着信息计算机技术发展,对大型汽轮发电机组进行性能在线监测及分析成为可能.机组能耗率和干度是两个被监测的重要指标.通过对已往的汽轮机变工况计算方法分析,提出以汽轮机末级抽汽或次末级抽汽(过热蒸汽状态)为计算起点的汽轮机的顺序变工况核算方法.根据初始假定的末级流量和现场实际的末级前热力状态和背压,用汽轮机变工况流型判别准则,判别级的流型,然后从末级前参数开始顺序进行一次级的变工况核算,得到新的排汽焓和排汽干度,最后算得机组的能耗率和排汽焓(或排汽干度).这样既不用流量测量,也不用排汽干度测量,就能准确地在线监测机组能耗率和排汽干度.     

某800MW改造机组气动优化

针对某800MW改造机组,研究了机组低压末级和调节级叶型设计。针对机组特点,低压末级动叶优选1029mm叶片,优化静叶和子午形状,以提高根部反动度和级效率。同时,考虑工艺、固体颗粒侵蚀、变工况等,全新设计了调节级静叶。三维数值模拟结果表明,低压末级优化后,机组效率提高了0.1%,热耗降低约7 kJ/(kW·h)。     

低压缸切缸工况下流动与鼓风特性数值研究

为了研究低压缸切缸工况时机组的运行能力,以国内某电厂汽轮机低压缸为研究对象,建立低压缸单边八级叶栅单通道流场三维计算模型,分析不同入口流量下其内部流动结构和气动性能以及末级动叶的鼓风加热特性。结果表明：随着低压缸入口流量的持续减小,排汽出口和末级叶栅内会陆续出现排汽回流和汽流分离现象,并伴随有动叶入口的负攻角现象;当低压缸入口流量减小至1.19%额定流量时,工质做功无法弥补低压缸转子旋转耗功,低压缸整机无法输出功率;当低压缸入口流量降低至7.44%额定流量时,末级通道动静交界面靠近叶顶区域和末级动叶通道靠近叶顶区域出现局部高温区,出现切缸工况末级动叶的鼓风加热效应;同时,切缸工况下末级静叶鼓风加热温度抬高程度显著大于末级动叶,相较于额定工况末级静叶和末级动叶表面最高温度分别抬高了约10596%和71.91%。     

汽轮机阀门活动试验工况下高压第一级动叶热应力分析

针对阀门活动试验工况下的叶片安全问题,以某1 000 MW核电汽轮机组高压缸第一级动叶片及其进汽腔为研究对象,通过商业仿真软件ANSYS,对机组额定工况以及95%和85%额定工况下的阀门活动试验工况进行了数值模拟,并通过瞬态流-热-固耦合方法,对进汽腔后第一级动叶进行了热应力及变形分析。结果表明：在全周进汽下,调节阀关闭使进汽腔后出现非均匀流场,动叶热应力受流场影响有较大波动,3种工况下叶片所受极值热应力在18～55 MPa之间,叶片瞬态最大变形量在0.498～0.52 mm之间;降低至机组额定功率的95%和85%进行阀门试验,使叶片平均极值热应力分别上升15.1%和23.2%,由于热应力极值小于材料的疲劳极限,认为95%和85%额定功率下的阀门活动试验对叶片安全运行产生威胁不大。     

对_计算跨音速透平叶栅极限进气角的方法_一文的讨论

从机组功率和涡轮效率观点来看,汽轮机末级叶片是一个关键的部件,因为末级提供的功率往往占整个汽轮机输出功率的10%左右或更多,末级叶片出口的环状面积决定了最大的蒸汽流量。排汽面积也决定了排汽损失值,该损失对装置效率有很大影响。为此,为了增加机组的功率并提高汽轮机装置的热效率必须研制具有大的排气面积和高效率的末级叶片。众所周知,无论是常规动力还是核动力的大功率汽轮机由于巨大的蒸汽流量和蒸汽经多级膨胀,其末级叶片往往是在跨音速区     

某型舰用汽轮机末级_次末级叶片弯扭改型设计

应用S2流面正问题计算程序、S1流面计算程序和全三元Euler方程计算程序对某型舰用汽轮机低压末级、次末级静叶进行了弯扭改型设计,分析了舰用汽轮机变工况时叶栅流场的特点和采用弯扭叶片后机组性能的变化。结果表明：在低工况运行时,弯扭叶片抑帛了根部反动度随负荷降低而加速下降的趋势和顶部反动度随负荷降低而增大的趋势,提高了叶栅低工况运行时的抗分离能力,同时顶部漏泄损失也有所减小。     

空冷汽轮机低压末级变工况设计

采用CFD技术对空冷汽轮机低压末级进行全三维变工况设计，掌握了空冷机组末级动叶的变工况运行时的流动情况，对因高背压产生压力面流动分离进而引发颤振的机理有了一定了解。分析结果表明，采用专用强化叶型、控制反动度、控制攻角等方法可以有效保证空冷机组变工况安全高效运行。     

汽轮机末级叶片模态振型与变负荷动应力的三维数值模拟

火电机组参与电网深度灵活调峰已成为当代电力发展的新常态,在机组低负荷深调过程中,蒸汽流量较小。本文针对调峰机组汽轮机末级叶片小容积流量问题进行了模态特性及动应力响应进行数值模拟研究,结果表明:末级叶片在2 820～3 090 rpm之间无共振点,而额定温度范围内整圈叶片无共振转速;以模态分析为基础综合考虑变温特性下得出叶片伸长量,可为现场叶片汽封调整作为参考。基于额定工况与2.2 kPa、40 t/h工况下的动应力满足设计要求,而其他非设计工况下的动应力已超出了叶片的耐振强度,全工况动静应力极值均处于叶型根部出汽侧,导致叶片的耐振强度许用值较低。上述数值结果为电厂调试提供了理论支撑,同时也为机组经济性运行作出了技术指导。     

深度调峰工况下600 MW汽轮机低压缸流场数值计算与分析

为了解某600MW发电机组汽轮机低压缸在深度调峰工况下流场情况,建立了汽轮机低压缸7级叶片模型,采用数值模拟的方法进行了6种工况的计算和分析,得到了6种不同进汽参数下低压缸整个流场和末级叶片温度场的分布情况,并分析了低压缸进汽流量、进汽温度对整个流场和末级叶片温度的影响。结果表明:低压缸在质量流量为140t/h时,排汽出口开始出现回流,且出口区域底部最早出现回流;小流量工况下,末级叶片的最高温度出现在静叶片叶顶出汽边附近,且进汽流量越小,回流越严重,叶片表面温度越高;降低低压缸进汽温度,可有效改善鼓风效应并降低末级叶片表面温度。     

665毫米叶片振动无线电遥测

一、前言汽轮机低压末级长叶片在高背压小容积流量下安全经济运行,是发展大功率供热、调峰、空冷机组的关键技术问题。长叶片在小容积流量下运行,效率显著降低,伴随着容积流量的减少,叶根产生倒流,叶顶产生旋涡,动应力水平增高,排汽部分过热,甚至发生失速颤振而造成叶片断裂事故。为了保障末级叶片的可靠性,必须从理论和试验方面详细研究末级流场、温度场及叶片振动特性。哈尔滨汽轮机厂六十年代设计的拱型围带665毫米长叶片广泛的应用于高压5、10、20万千瓦各型机组上,这种叶片在机组深度变工况下运行的可靠性是大家十分关心的问     

汽轮机排汽焓的在线计算及末级的变工况特性

提出了一种简单的汽轮机末级变工况计算方法，该方法利用汽轮机实际在线监测数据和汽轮机结构数据，其计算精确度较高，收敛速度快，适于工程实际应用。利用此方法，对具有典型末级的某厂300MW汽轮机组末级进行了变工况计算，得出了变工况下汽轮机的排汽焓及变工况下末级一些重要参数的变化规律。为在线性能监测中末级及排汽焓的分析计算提供了理论依据。     

汽轮机低压末三级耦合排汽缸的气动性能研究

为满足大型核电汽轮机低压排汽系统的开发,采用ANSYS-CFX软件数值求解Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)方程和k-ε紊流模型方法研究了低压缸末三级与排汽缸的变工况气动性能.结果表明:变工况显著改变了末级动叶的气动性能,对次次末级、次末级和末级静叶的气动性能几乎没有影响;排汽缸的气动性能受变工况的影响较大,小流量工况下的涡系结构发生较大变化,降低了扩压器静压恢复能力,增加了总压损失和改变了蜗壳内的流场;排汽缸背压减小导致透平级流量的降低和末级动叶出口气流角的变化,进而改变了排汽缸进口的流场特征.研究结果可以为汽轮机排汽缸的设计和优化提供理论支持.     

汽轮机低压末级仿生叶型优化及流动特性研究

采用数值模拟方法对某火电机组汽轮机低压末级在小容积流量工况下级内流动分离的发展规律进行了分析,为了提升汽轮机在小容积流量工况下的做功能力,将仿座头鲸头部凸起的结构应用于末级动叶背压面进行型线优化,并基于正交法分析对比了原叶型与不同仿生叶型的末级动叶力矩.结果 表明:在小容积流量工况下,仿生凸起结构对改进末级动叶的力矩具有积极作用;正交法分析获得了具有较好性能的优化型线,使进口相对容积流量=0.3580工况下的末级动叶力矩提高了26.6％.     

BEST系统变工况特性及控制方式研究

为分析抽汽背压式汽轮机(Backpressure Extraction Steam Turbine,BEST)回热系统的变工况工作特性及保证小汽轮机与给水泵之间的功率匹配,提出采用小发电机、节流阀、补汽阀的3种控制策略,根据汽轮机、回热加热器等主要设备的变工况过程建立BEST系统的变工况数学模型,分析各负荷下BEST和给水泵系统的功率匹配特性和回热系统抽汽参数的变化规律。研究表明:小汽轮机与给水泵的功率差值随着负荷降低先增加后降低,最大值出现在约50%负荷左右;采用小发电机调节,BEST末级排汽流量与压力近似不变;采用节流阀调节,BEST末级排汽流量与压力随负荷降低而降低;采用补汽阀调节,BEST末级排汽压力与流量随负荷降低而升高;小发电机调节方式的热经济性最佳,相对于其他两种调节方式的热耗率明显偏低,节流调节方式存在节流损失,补汽阀调节在BEST末级排汽供汽中引入了大量经过再热的抽汽,提高了抽汽过热度,降低了系统效率。